G˜ CA˜ACI˜˜˜E˜ 1 - ABINEE · 2008. 8. 25. · G˜ CA˜ACI˜˜˜E˜ 27. 6,05 MVar. TR. 1500...

G� CA�ACI��E� 1


1 - Eficiência em Energia Elétrica:

1.1 - Medidas para Eficiêntização Elétrica

• Implantação de Controladores de Velocidade em Motores Elétricos (Bombas, Ventiladores, Exaustores,...);

• Motores Elétricos de Alto Rendimento;• Redimensionamento de Motores Elétricos;• Iluminação Eficiente de Alto Rendimento;• Geração Própria ou Co-geração;• Correção Fator de Potência;• Qualidade e Continuidade de Energia Elétrica.


1.2 - Principais Equip. Elétricos Envolvidos na Eficiência Energética:

• Motores Elétricos Alto Rendimento;• Controladores de Velocidade;• Softstarters;• Luminárias de Alto Rendimento;• Lâmpadas e Reatores Eletrônicos;• Equipamentos de Compensação Reativa;• Geradores de Energia Elétrica, etc...


1.3 - Exemplo da EE em Sistemas de Bombeamento:

Problemas de Qualidade de Energia


2 - Qualidade de Energia Elétrica – QEE

2.1 - Fenômenos Elétricos:


Revista BUSINES WEEK

2.2 – Evolução das Cargas Eletrônicas nos EUA:


Gráfico estimado a partir de informações da ELETROBRÁS, MME, ABRACE, outros.

2.3 – Evolução das Cargas Eletrônicas no Brasil:


2.4 - Custo da QEE por Evento nas Indústrias:

Fonte: EPRI October 29, 1999


“Problemas relacionados à Qualidade da Energia Elétrica custam anualmente aos Estados Unidos cerca de US$ 100 Bilhões em danos e atitudes

preventivas.”

No Brasil = US$ ????? / Ano => FT Cigre CE C4.4(Força Tarefa de Impactos Econômicos da QEE)

2.5 – Custo Total Anual Estimado da QEE:

Aumento das Cargas Eletrônicas

Aumento do Custo da QEE


Fator de PotênciaVariações da Tensão de Curta Duração(AMTs ou Sags, SMTs ou Swells)Harmônicos ( foco deste trabalho)Efeito FlickerDesequilíbrios da tensão

2.6 – Principais Fenômenos Elétricos da QEE:


2.7 - Exemplos de Custos da QEE (AMT):

02 horas para retomada de produção


Fonte: Alexander E. EmanuelTrans. on Power Systems. Vol. 06, No. 03, August 1991

Perdas devido a harmônicas em sistemas de distribuição

2.8 - Exemplos de Custos da QEE (Harmônicos):


3 - Eficiência Energética x Harmônicos:

• Controladores de Velocidade;• Softstarters;• Luminárias de Alto Rendimento;• Lâmpadas e Reatores Eletrônicos;• Compensação Reativa;• Geradores de Energia Elétrica;• Nobreak’s.

Geração ouAmplificação de

Harmônicos


Forma de Onda da Corrente de um Inversor de

Frequencia

Espectro Harmônico da Forma De Onda de Corrente de um

Inversor de Frequencia

3.1 - Harmônicas Geradas por Inversores de Frequência:


3.2 - Harmônicas Geradas por Soft-Starters:

Forma de onda da corrente de alimentação 0,5 seg após a partida

Forma de onda da corrente de alimentação 1,5 seg após a partida

Forma de onda da corrente de alimentação em regime


3.3 - Harmônicas por Lâmpadas Fluorescentes Compactas –LFC’s:

TENSÃO

CORRENTE

ESPECTRO HARMÔNICO DA CORRENTE

Tensão RMS = 128 VoltsCorrente RMS = 0,42 AmperesPotência Ativa = 27 WattsPotência Reativa = 46,3 VAr

DHTi (%) = 165,75 %DHTv (%) = 0,69 %


3.4 – Efeitos dos Harmônicos nos Equipamentos Elétricos:

- Má operação de Equipamentos:• Ex.: Relés (Atuação Indevida)

Medidores (A/D do Disco)Falha de operação nos controles eletrônicos

- Sobretensão Harmônica: • Danos à Isolação Elétrica e queima de equipamentos

elétricos.- Sobrecorrente• Aumento da temperatura de operação (Efeito Joule) e

perda de vida util de equipamentos elétricos.- Interferências em Sistemas de Comunicação• Ex..: Sistema Carrier em LT’s- Ressonâncias Paralelas


3.4.1.1 - Variação da Reatância com a Frequência:

CfCXC ...2

1.1

πω==

fXC =↑↓

Gráfico Xc x f (Banco de 3600 kVAr / 13,8 kV)

0102030405060

60 140

220

300

380

460

540

620

700

780

860

940

Frequência

Xc

3.4.1 – Efeitos dos Harmônicos em Capacitores:


Expectativa de vida - Capacitores

0123456789

1011121314151617181920212223242526272829303132333435

0,95 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6

Sobretensão (pu)

Tem

po (a

nos)

3.4.1.2 – Perda de Vida Útil em Bancos de Capacitores por Sobretensão:


fs => XL = XC

3.4.2 - Ressonância Paralela:

∞→−×

=CL

CL

XXXXZ Sobretensão dv/dt

Sobrecorrente di/dt

Barra BTR8 - Com Correção do FP

0500

1000150020002500

1 5 9 13 17 21 25 29

Ordem Harmônica - h

Z(w

)

Seqüência1


FORMA DE ONDA DE CORRENTE NO CAPACITOR

3.4.2 - Ressonância Paralela (continuação):

FORMA DE ONDA DE TENSÃO NO CAPACITOR


3.4.3 - Efeitos de Harmônicos em Motores de Indução:

-As perdas dentro de um motor de indução são compostas pelasperdas por Histerese e Foucault e também de perdas Joule .

Perdas no Ferro são pouco

influenciadas

Perdas Joule são consideráveis devido à variações

na resistência e aumento da

Corrente Eficaz


Redução da vida útil de transformadores submetidos à distorção harmônica

3.4.4 - Efeitos dos Harmônicos em Transformadores:


Fator de Potência em Condições Senoidais:

)cos()cos( θθ =×××

==IV

IVSPFP

Fator de Potência em Condições Não-Senoidais:

∑∑

∑==

h

h

h

h

h

hhn

IV

IV

SPFP

1

2

1

2

1

.

)cos(.. θ

3.4.5 - Efeitos dos Harmônicos no FP das Instalações:


3.4.5 - Efeitos dos Harmônicos no FP das Instalações (continuação):


6,05 MVar

TR 1500 kvaX=3,8%G

LV = 380V

HV = 13,8 kV300 KVAPF=0,8Scc=490 kva

Scc = 100 MVA

Power Supply

Distribution System

MIT MIT

Inverters

MITMIT

6,05 MVar6,05 MVar

TR 1500 kvaX=3,8%G

LV = 380V

HV = 13,8 kV300 KVAPF=0,8Scc=490 kva

Scc = 100 MVA

Power Supply

Distribution System

MIT MIT

Inverters

MITMIT

3.4.6 - Efeitos dos Harmônicos sobre a Geração Própria:

Geração Própria instalada para o fornecimento de energia no horário de ponta. Sistema Elétrico de uma impressora de jornal.

180 kvar

Explosão do banco de capacitores instalado para correção do FP.


4 - Solução para os Problemas de Harmônicos:

Dimensionamento Recomendado (até os limites técnicos):a) Tensão: Subtensionar o Banco de Capacitores => Q ~ V2b) Corrente: Corrente nominal = Soma Quadrática => Efeito JouleObs: Exceto quando da ocorrência de ressonâncias harmônicas em frequências existentes no sistema elétrico em estudo.

4.1 – Dimensionamento de capacitores - harmônicos:

4.2 – Evitar a ocorrência de ressonâncias harmônicas:

- Mudança da Freqüência de Ressonância;- Instalação de um Indutor em Série com o Capacitor;- Porém não elimina os harmônicos existentes.

Filtros deDessintonia


4.3 – Necessidade de filtragem das harmônicas para redução dos níveis de distorção existentes:

-Instalação de filtros de harmônicos passivos ou ativos, sintonizados e/ou amortecidos, de preferência próximos às principais cargas geradoras de harmônicos.

- Elimina os principais harmônicos existentes.

Tipos: Filtros Ativos (várias Frequências)Filtros Sintonizados (uma frequência)Filtros Amortecidos:

- 2a Ordem- 3a Ordem- Modificado- Tipo “C”


4.3.1 – Filtros Passivos Dessintonizados:

Capacitores tipo PPM (até 15% de DHTi%)Reatores a núcleo de ferro.


4.3.2 – Filtros Passivos Sintonizados:

Capacitores tipo Impregnado a Óleo (até 150% DHTi%);Reatores a núcleo de ar.


4.3.2.1 – Filtros Passivos Sintonizados (Resultados no 2ario do Transformador):

Corrente no 2ario do Trafo em Amperes Fator de Potência no 2ario do Trafo

DHTv(%) no 2ario do Trafo DHTi(%) no 2ario do Trafo


4.3.3 – Filtros Ativos:

Sem Capacitores e sem reatores. Não corrige o FP.


4.3.3.1 – Filtros Ativos:

a) Princípio da filtragem ativa:

Corrente com o AHF

Corrente Gerada pelo AHF

Corrente Gerada pela Carga


5 – Efeitos dos Harmônicos na Conta de Energia:

ALTO CONTEÚDO HARMÔNICO PRESENTE

EFEITO 01 – Redução do FP RealEFEITO 02 – Perda de Vida Útil dos Capacitores Acelerada

CONSEQUÊNCIA: Aumento da “Multa” por Baixo FP

EFEITO 03 – Má Operação de Equipamentos (Ex: Inversores)EFEITO 04 – Aumento das Perdas Elétricas em Cabos,

Transformadores, Motores, etc.

CONSEQUÊNCIA - Perda de EE e Maior Consumo de kWh

SOLUÇÃO

FILTRAGEM DOS HARMÔNICOS

G� CA�ACI��E�

F I MAgradecemos a todos a participação !

Estamos a disposição para esclarecimentos através do telefone e e-mail abaixo:

Eng. Flávio Resende Garcia – Consultor Técnico++55 16 2109-2925 – [email protected]

Isaltino Delfino da Silva Junior –++55 19 3837-7111 – [email protected]

GT de Capacitores Industriais da ABINEE(ABB, EPCOS, INDELT, LORENZETTI,

SADEFEM, SIEMENS, SCHNEIDER e WEG)

mailto:[email protected]

Número do slide 11 - Eficiência em Energia Elétrica:��1.1 - Medidas para Eficiêntização Elétrica1.2 - Principais Equip. Elétricos Envolvidos na Eficiência Energética:Número do slide 4Número do slide 5Número do slide 6Número do slide 7Número do slide 8Número do slide 9Número do slide 10Número do slide 11Número do slide 12Número do slide 13Número do slide 14Número do slide 15Número do slide 16Número do slide 17Número do slide 18Número do slide 19Número do slide 20Número do slide 21Número do slide 22Número do slide 23Número do slide 24Número do slide 25Número do slide 26Número do slide 27Número do slide 28Número do slide 29Número do slide 30Número do slide 31Número do slide 32Número do slide 33Número do slide 34Número do slide 35F I M

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